Avaliação eletroquímica de ligas comerciais à base de níquel e ferro para a reação de redução de hidrogênio na eletrólise
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Data
2025
Autores
Scarpari, Maria Cristna
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Resumo
Devido às mudanças climáticas, a descarbonização é imperativa. O Brasil possui 85% de sua matriz elétrica formada por energias renováveis e tem potencial para produzir hidrogênio verde. Um ponto de partida do incremento do hidrogênio verde, é através da substituição do hidrogênio cinza pelo verde. Neste contexto é possível iniciar a produção com materiais nacionais disponíveis utilizados em outros mercados. Pois é necessário baratear o processo de eletrólise, que se trata de um processo eletrointensivo, onde o custo do hidrogênio cinza é três vezes mais barato do que o hidrogênio verde atualmente. Sendo assim, é preciso investigar materiais com baixo custo para a produção de hidrogênio verde. Por esse motivo, foram utilizadas ligas comerciais de base ferro 316L e 316LMH, e de base níquel INCONEL625 e INCONEL718, para estudos de comportamento eletroquímico da reação de redução de hidrogênio na eletrólise alcalina. A célula eletroquímica foi composta por um eletrodo de trabalho, a partir de ligas comerciais, um contra eletrodo de fio de platina de 50 mm de comprimento por 2 mm de diâmetro, e um eletrodo de referência Hg/HgO, com eletrólito de NaOH 1 mol L⁻¹. Estudou-se através de técnicas eletroquímicas, como Voltametria Cíclica, Voltametria de Varredura Linear, Espectroscopia de Impedância Eletroquímica e curvas de Tafel a reação de redução de hidrogênio destas ligas. Utilizou-se um disco rotatório na rotação a 900 rpm e purga de gás nitrogênio por 20 minutos para retirada do oxigênio do meio eletrolítico. O disco rotatório foi utilizado para facilitar o desprendimento de bolhas de hidrogênio. A partir de varreduras lineares e voltametria cíclica foi possível analisar o comportamento eletroquímico de liga comerciais, o que mostraram que as ligas a base de níquel apresentaram melhores respostas eletroquímicas do que as ligas a base ferro para a reação de redução de hidrogênio os dados obtidos das curvas de polarização sugerem diferenças significativas nas densidades de corrente entre as ligas estudadas. Para a liga INCONEL718, foram registrados valores de densidades de corrente superiores em comparação às outras ligas, de -6 mA cm-2, indicando uma atividade eletroquímica mais elevada. A liga INCONEL 625 também demonstrou um comportamento promissor de e -8 mA cm-2, com densidades de corrente favoráveis, enquanto a liga 316L apresentou resultados intermediários -2 mA cm-2 e a 316LMH -0,3 mA cm-2. A liga INOCENLE625 expõe uma resistência à transferência de carga de 370 Ω, o que é um valor cinco vezes menor que a resistência observada na liga 316LMH. Este trabalho, além de apontar uma melhor eficiência destas ligas comerciais à base de níquel na produção de gás hidrogênio, demonstrou uma alternativa de material interessante a ser estudado para aplicação industrial em curto prazo.
Abstract
Descrição
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Energia e Sustentabilidade da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Mestra em Energia e Sustentabilidade.
Palavras-chave
Hidrogênio, Níquel, Eletrólise, Energia